常见地基与基础工程缺陷事故案例分析

周凯

摘要：本文结合实际工程案例，分析常见地基与基础工程事故发生的原因，并提出相应的处理措施。

关键词：地基基础；缺陷事故；案例分析

中图分类号：TU4 文献标识码：A 文章编号：

地基与基础工程属于地下隐蔽工程，其位于地面以下，存在着储多的不安全因素，建筑工程竣工之后，难以全面了解其状况，在建筑物使用期间出现的事故苗头又很难察觉，一旦发生事故则难以补救，甚至造成灾难性的后果。地基与基础工程事故发生的原因很多，可能是因勘察、设计、施工及使用功能变更等因素相互作用引起的。在这些因素中，某些因素会引起突发事故，而另一些因素则可能由于消耗性逐渐发生而导致事故，从安全上讲，突发事故是危险的。困此，对地基与基础工程事故进行分析并采取有效的防止措施，是一个值得重视的课题。同时，研究并探讨地基与基础工程事故发生的原因，探究其所具有的普遍性、地方性和经验性，从中吸取经验教训，是建筑工程技术人员不断积累知识财富的途径。

1．桩基础工程质量造成的缺陷事故

当场地土质很差，不能作为天然地基，或上部荷载太大，无法采用天然地基，或要严格控制不同部位的沉降时，常用桩基础解决这些问题。若考虑桩穿越软弱土层时能加固天然地基，则桩构成人工地基(如灰土、砂石等挤土桩)；若考虑通过桩将上部结构荷载传给坚硬土层，则桩成为深基础；所以桩在地基土中的工作机制是非常复杂的，特别是采用机械成孔灌注桩施工时，往往由于无法直接洞察桩孔的成孔及混凝土浇捣过程而导致质量事故的发生。

事故实例：某21层商住两用综合楼采用泥浆护壁机械冲孔灌注桩。主楼部分65根，直径为Φ1000 mm；辅楼部分23根，直径为Φ800 mm。设计单桩竖向承载力特征值分别为5820kN和3800kN，设计桩长最深36m，要求进入较完整石灰岩层不少于lm。桩顶混凝土应浇筑至设计桩顶标高以上0．5-0．8m。施工采用CZ-30 型冲孔灌注桩桩机，正循环泥浆护壁冲孔，接导管水下浇筑混凝土成桩。

该场地土层自上而下为：填土：未经压实的亚黏土，厚3-6m；淤泥：软流塑状，高压缩性，厚2-4m；淤泥质土：软塑，高压缩性，厚4-6m；可塑性黏土及少量砂层：厚3-5m；⑤破碎石灰岩：岩体破碎、孔洞较多，厚2-9 m；溶洞：填充物主要为黄色可塑性粘土，厚0.8-5m；较完整石灰岩：厚6-8 m。

1.1桩基础质量问题

桩施工完毕砼养护28天后，首先采用低应变法检测全部桩的桩身完整性，发现桩身混凝土质量有问题的桩共8根（直径为1000mm的5根，800mm的3根）。对19根桩（包括低应变法检测有质量问题的8根桩）进行钻芯法检测发现：有1根桩至－7．0m桩顶设计标高处无混凝土。有1根桩端未进入较完整灰岩层。有2根桩端底部沉渣超厚（均为泥浆），分别为232mm、267mm。有1根为断桩、2根桩身夹泥、5根桩桩身有一处以上桩芯混凝土破碎不连续。

设计要求的桩身混凝土抗压强度等级为C30，个别芯样混凝土抗压强度等级只有C22。各选取1根（直径1000mm）沉渣超厚的、1根（直径1000mm）桩芯混凝土破碎不连续的、1根（直径800mm）桩身含泥的桩进行静载试验检验竖向抗压承载力，数值分别为4560kN、4220kN、2950kN，达不到设计要求值。

1.2质量问题原因分析

1.2.1 入岩程度判断失误。由于停钻前终孔采样中已含有石灰岩颗粒，未根据桩孔超前钻的资料进行孔底持力层标高的确认而误认为已进入较完整石灰岩层而停钻。经钻芯鉴定，桩端只是进入破碎灰岩层而未进入较完整石灰岩层。

1.2.2沉渣超厚。安放桩身钢筋笼时由于碰撞扰动了护壁泥浆而导致护壁泥浆坍塌，钢筋笼就位后未重新检查沉渣厚度而直接浇捣混凝土。

1.2.3桩芯破碎、夹泥及断桩。主要有几点原因：导管接头密封不好，漏气、漏水，使混凝土产生严重离析导致桩芯破碎、夹泥；混凝土质量不佳，如塌落度不满足要求、运输灌注过程中产生离析等造成卡管，导致桩芯破碎；初灌混凝土过少，导管埋入砼深度太小，使导管进水或进泥，导致桩芯破碎、夹泥；在灌注混凝土过程中以及后期导管埋入混凝土深度太小，提管时高出混凝土面，使导管进水和提漏导致断桩； 在混凝土浇筑过程中，导管接头断裂使导管脱离混凝土面引起断桩。

1.2.4桩顶混凝土未达设计标高。原因有三：

由于所浇注的混凝土面不断上升，混凝土面以上的泥浆不断被挤出孔外，使所剩的泥浆变稠甚至形成泥团，受到侧边钢筋笼的阻滞，上升的混凝土难于进入混凝土保护层内，形成大体以钢筋笼为边界的假桩侧壁，这时测得混凝土面的标高为假标高；待浇注完混凝土后，初凝前混凝土内的侧压力增加，它与桩壁间的侧压力差△p会使混凝土挤入保护层，使混凝土面的标高下降(见下图)。

导管埋入混凝土太深，拔出后造成混凝土顶面下降。

混凝土的侧压力大于泥浆护壁压力，会使混凝土挤向四周，形成鼓肚使混凝土顶面下降。

1.2.5桩身混凝土强度低。其原因有二：

由于运输灌注过程中混凝土产生严重离析必然会降低强度。

②由于混凝土内混有泥浆也必然会降低强度。

1.3事故处理措施

1.3.1考虑到该建筑为21层的高层建筑，为安全起见，对出现的桩质量问题作出如下处理：

桩顶混凝土未达到设计标高的：凿除桩顶浮浆，按规定焊接钢筋笼，装模浇筑砼进行接桩。

对沉渣超厚，桩芯破碎、夹泥，断桩，桩身混凝土强度低的桩，由设计院核算另出变更图在有质量问题的桩边进行补桩施工。

2． 因地下水渗流造成的缺陷事故

土是有连续空隙的介质，当在水头差作用下，地下水在土体中渗透流动的现象称为渗流。当渗流速度较大时会引起：①地下水位变化。当地下水位下降时，原来处于地下水位以上的地基土的有效重度将因失去浮力而增加，从而使地基土的附加应力增加，导致建筑物产生超量沉降或不均匀沉降。相反，当地下水位上升时，会使地基土的含水量增加，强度降低而压缩性增大，同样可能使建筑物产生过大沉降或不均匀沉降。②管涌。当细粒土被渗流冲走，因土质级配不良产生地下水大量流动的现象。③潜蚀。当细土粒被渗流冲走，留下粗土粒，导致土体结构破坏的现象，严重时还可能产生土洞，引起地表面塌陷。④流砂。当渗流自上而下，可使砂粒间的压力减小，如果砂粒间压力消失，砂粒处于悬浮状态，就会产生土体随水流动的现象，严重时可使正在施工或已建成的建筑物倾覆。

事故实例：

某教学楼建于1986年，建筑面积约5000m2，平面为L形，门厅部分为5层，两翼3～4层，混合结构，条形基础（见下图）。地基土为坡积砾质土，胶结良好，设计采用地基承载力特征值为200kPa。建成后经过23年，使用正常，未出现任何不良情况。2009年5月由于在该楼附近开挖水井，过量抽取地下水，引起地基不均匀沉降，导致墙体开裂，最大开裂处手掌进出自如，东侧墙身倾斜，危及大楼安全。

2.1 原因分析

为了了解沉降原因，于2009年8～10月在室内外钻了8个勘探孔，钻探查明，建筑物中部，在5～8m砾质土下埋藏有老池塘淤泥质软黏土沉积体，软土体底部与石灰岩泉水口相通，在平面上呈椭圆形，东西向长轴为32m，南北向短轴为23m(见上图)。该楼建成后，由于原来有承压水浮托作用，上覆5～8m的砾质土又形成硬壳层，能承担一定外荷，所以该楼能安全使用多年。2009年5月在该楼东北方200m处有一深井，每昼夜抽水约2000m3，另一深井在该楼东南方300m处，每昼夜抽水约1000m3，深井水位从原来高出地表0．2m，下降到地表下25．0m。因深井过量抽水，地下水位急剧下降，土中有效应力增加而引起池塘黏性土沉积体的固结，另外还由于承压水对上覆硬壳层的浮托力的消失，引起池塘沉积区范围内土体的变形。抽水还造成淤泥质黏土流失。由于以上原因，导致地基不均匀沉降，造成建筑物开裂。

2.2 处理措施

经各种方案比较，采用旋喷桩加固。该楼为浆砌块石条形基础，抵抗不均匀变形能力较差，而基础下持力层是砾质土，强度很高，压缩性甚小，又有5～8m厚度，有一定的整体性。但是，由于高压缩性的淤泥质黏土的固结变形和承压水浮托作用消失而引起的不均匀沉降，并不因抽水停止而停止，而且在缓慢地发展，因此必须加固淤泥质黏土层。

在旋喷桩施工中，因安装钻机需要，旋喷桩中心至少距离墙面0.85m，墙体厚0.4m，而墙基宽仅1.5m，旋喷桩无法直接支承墙基。本工程的基础底面的附加压力经砾质土扩散，若按扩散角22o计算，到砾质土底面应力影响范围约有10～13m，而墙基内外侧旋喷桩的桩心距仅2.1m，完全在应力传递范围以内。另外，在旋喷桩布置较密的情况下，砾质土厚度与桩距之比为2.5～4.0，不可能产生冲切破坏。因此，本工程中砾质土层实际起到桩基承台作用，旋喷桩顶部要嵌入砾质土硬壳层1～3m，而不直接支承墙基，可简化施工和降低造价。

旋喷桩桩长按穿过淤泥质黏土进入坚实的石灰岩风化残积土或石灰岩来设计，控制了砾质土与石灰岩风化残积土之间高压缩性淤泥质黏土的变形。旋喷桩实际起支承桩的作用，所以在设计计算中，按支承桩估计（共用104根旋喷桩，实际有成效的为92根；旋喷桩直径为0.6m，单桩承载力为424.5kN）。

本工程地基经旋喷桩加固处理，效果明显。对原有的墙面裂缝灌浆处理后，两年来，未再出现任何裂缝，说明沉降已停止发展。

3．地基受载密度过大造成的缺陷事故

地基承载力是建筑地基基础设计中的一个关键指标。各类地基承受基础传来的荷载的能力都有一定的限度，首先发生的是建筑物具有较大的不均匀沉降，引起房屋开裂；如果超越这一限度过多，则可能因地基土发生剪切破坏而整体滑动或急剧下沉，造成房屋的倾倒或严重受损。

事故实例

某旅店为7层公共建筑，在装饰收尾阶段，于2007年5月3日倒塌，造成重大损失。

3.1工程概况

该旅店为七层现浇钢筋混凝土框架结构，砖砌填充墙，钢筋混凝土独立基础，埋深0.8m。2005年5月开工，2006年8月完成主体结构，2007年4月基本完工，拟于7月1日开始营业。该建筑于2006年6月即发现地梁开裂，并测得有不均匀沉陷，柱子最大沉降量为10.5cm，同年11月测得最大沉降量为43cm。12月发现1～6层部分梁、柱墙裂缝有31处，最长裂缝为480cm，最宽裂缝为0.3cm。上述质量问题虽已发现，但未得到及时处理，并仍按原计划筹备开业。2007年5月3日下午6时30分，在无风无雨的情况下，整幢大楼突然全部倒塌（见下图）。

3.2 倒塌原因分析

经事后质量事故认定，产生倒塌的原因既有结构设计计算错误，也有工程施工质量问题和公司主管部门管理问题。

3.2.1设计问题。

地基承载力取值错误。该建筑地处沿海淤泥和淤泥质土地区，设计前未进行工程地质勘察，无任何依据地按180 kPa的承载力特征值设计，而实际承载力特征值只有100～120kPa。加之计算时少算了荷载，实际柱基底所受的压力有的达190kPa。由此基础产生严重不均匀沉降，造成上部结构破坏。

基础设计计算错误。首先，该工程在淤泥质土的天然地基上，采用独立基础方案是不合理的，而且基础埋深只有80cm；其次，基础尺寸及配筋太小，受冲切承载力严重不足。基础混凝土厚度及配筋量远达不到实际荷载的要求。例如中间柱基的允许冲切承载力为530kN，按倒塌实际荷载计算为1550kN（按设计荷载计算为1630kN）。

框架计算错误。整个框架计算都有错误，构件截面尺寸太小，配筋严重不足，其中以底层柱的情况最为严重。底层柱宽仅为250mm，梁、柱节点构造未达到刚性连接的要求。尤其严重的是框架柱配筋普遍不足。例如底层中柱实际配筋为851mm2，经验算需要配筋4461mm2，实际与需要之比仅为19％。这种薄弱结构，在基础出现严重的不均匀沉降下，必然产生日益增大的附加应力，因此构件初期多处出现裂缝，最后构件达到极限状态，在瞬间发生破坏，导致整幢楼房一塌到底（倒塌时，梁、柱接头折断，7层楼板原地叠在一起）。

3.2.2 工程施工问题

图纸会审和技术交底中，不认真审查图纸设计中的技术问题，对有些明显违反施工规范的做法也未加修改，开工后又盲目追求按图施工，直至建筑物临近倒塌时，才对设计提出疑问，并要求重新审查图纸，但为时已晚。

原材料问题。原材料钢筋、水泥等没有按规定进行抽样送检。从倒塌开挖的几个部位来看，一些不合格钢筋都使用到主要受力部位。混凝土无配合比，而是套用过去的预算定额上的配合比。整个工程没有按规定留置任何混凝土试块。

技术管理松弛，工程质量失控。一幢7层高、建筑面积数千平方米的大楼施工两年，施工技术资料残缺不全，技术交底、各主要施工工序的检查隐蔽记录等缺失。设计多次改动，设计或建设单位都没有书面文件，施工单位凭口头通知施工，工程质量完全处于失控状态。

发现问题不及时分析处理。工程施工至二层时，就发现地梁开裂，以后建筑物不断下沉、倾斜、开裂，都未认真调查分析其原因和可能造成的危害，只是盲目地赶工期施工。

3.2.3 公司主管部门问题。

该工程从设计到施工都没有按照基本建设程序办，施工中存在的一些重大问题，公司主管部门始终无人过问并干预。在房屋即将坍塌前，公司主管部门还组织进行了例行的工程质量安全大检查，该工程出现的质量问题亦未被及时发现。

3.3结论

该旅馆倒塌的直接原因是设计错误，使基础产生不均匀沉降，从而造成上部结构以至整个建筑的破坏。应当指出，此次倒塌在一年前已有先兆，并非突然发生，如能及早采取措施，事故本来是可以避免的，因此施工管理混乱，施工质量低劣，也是一个重要原因。

4． 结束语

当发生一次重大的地基基础事故后，最关键的是对这次质量事故发生的原因进行分析，只有正确的分析，才能发现事故的原发症结，明确事故的责任；只有正确的分析，才能找到今后应吸取的教训，化消极因素为积极因素；也只有正确的分析，才能制定出适宜的防治措施，防患于未然。

参考文献：

[1]崔干祥.工程事故分析与处理[M].科学出版社, 2010.

[2]罗福干.建筑结构缺陷事故的分析及防治[M].清华大学出版社, 2009.